डीएनए अनुक्रमण: परिभाषा, तरीके, उदाहरण

न्यूक्लियोटाइड जीवन के रासायनिक निर्माण खंड हैं और जीवित जीवों के डीएनए में पाए जाते हैं। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड के होते हैं एक चीनी, फास्फेट और एक नाइट्रोजन युक्त आधारएडेनिन (ए), थाइमिन (टी), साइटोसिन (सी) और ग्वानिन (जी)। इन न्यूक्लियोटाइड आधारों का विशिष्ट क्रम यह निर्धारित करता है कि कोशिका द्वारा कौन से प्रोटीन, एंजाइम और अणु संश्लेषित होंगे।

न्यूक्लियोटाइड्स के क्रम या अनुक्रम का निर्धारण किसके अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है? म्यूटेशन, विकास, रोग प्रगति, आनुवंशिक परीक्षण, फोरेंसिक जांच और चिकित्सा।

जीनोमिक्स डीएनए, जीन, जीन अंतःक्रियाओं और जीनों पर पर्यावरणीय प्रभावों का अध्ययन है। जीन की जटिल आंतरिक कार्यप्रणाली को जानने का रहस्य गुणसूत्रों पर उनकी संरचना और स्थान की पहचान करने में सक्षम होना है।

जीवित जीवों का खाका डीएनए में न्यूक्लिक एसिड बेस जोड़े के क्रम (या अनुक्रम) द्वारा निर्धारित किया जाता है। जब डीएनए प्रतिकृति करता है, एडेनिन थाइमिन के साथ जोड़े, और साइटोसिन ग्वानिन के साथ; बेमेल जोड़े माने जाते हैं म्यूटेशन.

डबल हेलिक्स के बाद से डिऑक्सीराइबोन्यूक्लिक अम्ल

साथ ही, चल रही चर्चाएं शोधकर्ताओं को ऐसी तेजी से विस्फोट करने वाली प्रौद्योगिकियों के नैतिक प्रभावों से आगे रहने की अनुमति देती हैं।

डीएनए अनुक्रमण डीएनए के टुकड़ों में विभिन्न न्यूक्लियोटाइड आधारों के अनुक्रम की खोज की प्रक्रिया है। संपूर्ण-जीन अनुक्रमण एक ही और विभिन्न प्रजातियों में मौजूद गुणसूत्रों और जीनोम की तुलना की अनुमति देता है।

गुणसूत्रों का मानचित्रण वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए उपयोगी है। के तंत्र और संरचना का विश्लेषण जीनउदाहरण के लिए, डीएनए अणुओं में एलील और क्रोमोसोमल म्यूटेशन आनुवंशिक विकारों के इलाज और कैंसर के ट्यूमर के विकास को रोकने के नए तरीके सुझाते हैं।

फ्रेडरिक सेंगर की डीएनए अनुक्रमण विधियां 1970 के दशक में शुरू हुए जीनोमिक्स के क्षेत्र में बहुत उन्नत। इंसुलिन का अध्ययन करते समय आरएनए का सफलतापूर्वक अनुक्रमण करने के बाद सेंगर ने डीएनए अनुक्रमण से निपटने के लिए तैयार महसूस किया। सेंगर डीएनए अनुक्रमण में काम करने वाले पहले वैज्ञानिक नहीं थे। हालाँकि, उनकी चतुर डीएनए अनुक्रमण विधियाँ - सहयोगियों बर्ग और गिल्बर्ट के साथ मिलकर विकसित हुईं - ने 1980 में नोबेल पुरस्कार अर्जित किया।

सेंगर अपने काम के संभावित मूल्य को जानते थे और अक्सर अन्य वैज्ञानिकों के साथ सहयोग करते थे जिन्होंने डीएनए में अपनी रुचि साझा की, आणविक जीव विज्ञान और जीवन विज्ञान।

हालांकि आज की अनुक्रमण तकनीकों की तुलना में धीमी और महंगी, उस समय सेंगर की डीएनए अनुक्रमण विधियों की सराहना की गई थी। परीक्षण और त्रुटि के बाद, सेंगर ने डीएनए के स्ट्रैंड को अलग करने, अधिक डीएनए बनाने और जीनोम में न्यूक्लियोटाइड के क्रम की पहचान करने के लिए गुप्त जैव रासायनिक "नुस्खा" पाया।

प्रयोगशाला अध्ययनों में उपयोग के लिए उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री आसानी से खरीदी जा सकती है:

• डीएनए पोलीमरेज़ डीएनए बनाने के लिए आवश्यक एंजाइम है।
• डीएनए प्राइमर एंजाइम को बताता है कि डीएनए स्ट्रैंड पर कहां से काम करना शुरू करना है।
• डीएनटीपी कार्बनिक अणु हैं जो डीऑक्सीराइबोज शर्करा और न्यूक्लियोसाइड ट्राइफॉस्फेट से बने होते हैं - डीएटीपी, डीजीटीपी, डीसीटीपी तथा डीटीटीपी - जो प्रोटीन को इकट्ठा करता है
• चेन टर्मिनेटर डाई-रंगीन न्यूक्लियोटाइड हैं, जिन्हें प्रत्येक आधार के लिए टर्मिनेटर न्यूक्लियोटाइड भी कहा जाता है - ए, टी, सी और जी।

सेंगर ने एंजाइम डीएनए पोलीमरेज़ का उपयोग करके डीएनए को छोटे खंडों में काटने का तरीका निकाला।

फिर उन्होंने एक टेम्पलेट से अधिक डीएनए बनाया और अलग किए गए स्ट्रैंड के वर्गों का सीमांकन करने के लिए नए डीएनए में रेडियोधर्मी ट्रेसर डाले। उन्होंने यह भी माना कि एंजाइम को एक प्राइमर की आवश्यकता होती है जो टेम्पलेट स्ट्रैंड पर एक विशिष्ट स्थान से बंध सकता है। 1981 में, सेंगर ने माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए के 16,000 बेस पेयर के जीनोम का पता लगाकर फिर से इतिहास रच दिया।

अनुक्रमण प्रक्रिया के दौरान तापमान को सावधानीपूर्वक समायोजित किया जाना चाहिए। सबसे पहले, रसायनों को एक ट्यूब में जोड़ा जाता है और डबल-स्ट्रैंडेड को खोलने (अस्वीकार) करने के लिए गरम किया जाता है डीएनए अणु. फिर तापमान को ठंडा किया जाता है, जिससे प्राइमर बंध जाता है।

इसके बाद, इष्टतम डीएनए पोलीमरेज़ (एंजाइम) गतिविधि को प्रोत्साहित करने के लिए तापमान बढ़ाया जाता है।

पोलीमरेज़ आमतौर पर उपलब्ध सामान्य न्यूक्लियोटाइड का उपयोग करता है, जो उच्च सांद्रता में जोड़े जाते हैं। जब पोलीमरेज़ डाई-लिंक्ड न्यूक्लियोटाइड एक "श्रृंखला समाप्ति" तक पहुँच जाता है, तो पोलीमरेज़ रुक जाता है, और श्रृंखला वहीं समाप्त होती है, जो बताती है कि रंगे हुए न्यूक्लियोटाइड को "श्रृंखला समाप्ति" क्यों कहा जाता है या "टर्मिनेटर।"

प्रक्रिया कई बार, कई बार जारी रहती है। आखिरकार, डाई-लिंक्ड न्यूक्लियोटाइड को डीएनए अनुक्रम के हर एक स्थान पर रखा गया है। जेल वैद्युतकणसंचलन और कंप्यूटर प्रोग्राम तब प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड पर डाई रंगों की पहचान कर सकते हैं और डाई, डाई की स्थिति और लंबाई के आधार पर डीएनए के पूरे अनुक्रम का पता लगाएं किस्में।

उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण - आम तौर पर के रूप में जाना जाता है अगली पीढ़ी का अनुक्रमण - न्यूक्लियोटाइड आधारों को पहले से कहीं अधिक तेजी से और सस्ते में अनुक्रमित करने के लिए नई प्रगति और प्रौद्योगिकियों का उपयोग करता है। एक डीएनए-अनुक्रमण मशीन डीएनए के बड़े पैमाने पर हिस्सों को आसानी से संभाल सकती है। वास्तव में, पूरे जीनोम को सेंगर की अनुक्रमण तकनीकों के साथ वर्षों के बजाय कुछ ही घंटों में किया जा सकता है।

अगली पीढ़ी की अनुक्रमण विधियां अनुक्रमण के लिए पर्याप्त डीएनए प्राप्त करने के लिए प्रवर्धन या क्लोनिंग के अतिरिक्त चरण के बिना उच्च मात्रा वाले डीएनए विश्लेषण को संभाल सकती हैं। डीएनए-अनुक्रमण मशीनें एक समय में कई अनुक्रमण प्रतिक्रियाएं चलाती हैं, जो सस्ता और तेज है।

अनिवार्य रूप से, नई डीएनए अनुक्रमण तकनीक एक छोटे, आसानी से पढ़ने योग्य माइक्रोचिप पर सैकड़ों सेंगर प्रतिक्रियाएं चलाती है जिसे बाद में एक कंप्यूटर प्रोग्राम के माध्यम से चलाया जाता है जो अनुक्रम को इकट्ठा करता है।

तकनीक छोटे डीएनए अंशों को पढ़ती है, लेकिन यह अभी भी सेंगर की अनुक्रमण विधियों की तुलना में तेज़ और अधिक कुशल है, इसलिए बड़े पैमाने पर परियोजनाओं को भी जल्दी से पूरा किया जा सकता है।

मानव जीनोम परियोजना, 2003 में पूरा हुआ, अब तक किए गए सबसे प्रसिद्ध अनुक्रमण अध्ययनों में से एक है। 2018 के एक लेख के अनुसार विज्ञान समाचार, मानव जीनोम में लगभग होते हैं 46,831 जीन, जो अनुक्रम के लिए एक कठिन चुनौती थी। दुनिया भर के शीर्ष वैज्ञानिकों ने सहयोग और परामर्श में लगभग 10 साल बिताए। राष्ट्रीय मानव जीनोम अनुसंधान के नेतृत्व में

संस्थान, परियोजना ने अज्ञात रक्त दाताओं से लिए गए समग्र नमूने का उपयोग करके मानव जीनोम का सफलतापूर्वक मानचित्रण किया।

मानव जीनोम परियोजना आधार जोड़े को मैप करने के लिए जीवाणु कृत्रिम गुणसूत्र (बीएसी-आधारित) अनुक्रमण विधियों पर निर्भर करती है। तकनीक ने डीएनए के टुकड़ों को क्लोन करने के लिए बैक्टीरिया का इस्तेमाल किया, जिसके परिणामस्वरूप अनुक्रमण के लिए बड़ी मात्रा में डीएनए मिला। फिर क्लोनों को आकार में छोटा कर दिया गया, एक अनुक्रमण मशीन में रखा गया और मानव डीएनए का प्रतिनिधित्व करने वाले हिस्सों में इकट्ठा किया गया।

जीनोमिक्स में नई खोज रोग की रोकथाम, पता लगाने और उपचार के प्रति दृष्टिकोण में गहरा बदलाव ला रही है। सरकार ने डीएनए अनुसंधान के लिए अरबों डॉलर की प्रतिबद्धता जताई है। कानून प्रवर्तन मामलों को सुलझाने के लिए डीएनए विश्लेषण पर निर्भर करता है। डीएनए परीक्षण किट घरेलू उपयोग के लिए पूर्वजों पर शोध करने और जीन वेरिएंट की पहचान करने के लिए खरीदे जा सकते हैं जो स्वास्थ्य जोखिम पैदा कर सकते हैं:

• जीनोमिक विश्लेषण डोमेन और जीवन के साम्राज्यों में कई अलग-अलग प्रजातियों के जीनोम अनुक्रमों की तुलना और तुलना करना शामिल है। डीएनए अनुक्रमण आनुवंशिक पैटर्न को प्रकट कर सकता है जो कुछ अनुक्रमों को क्रमिक रूप से पेश किए जाने पर नई रोशनी डालते हैं। डीएनए विश्लेषण और ऐतिहासिक रिकॉर्ड की तुलना में वंश और प्रवास का पता लगाया जा सकता है।

• चिकित्सा में प्रगति बहुत तेजी से हो रहे हैं क्योंकि वस्तुतः हर मानव रोग में एक आनुवंशिक घटक होता है। डीएनए अनुक्रमण वैज्ञानिकों और डॉक्टरों को यह समझने में मदद करता है कि कितने जीन एक दूसरे और पर्यावरण के साथ बातचीत करते हैं। बीमारी के प्रकोप का कारण बनने वाले एक नए सूक्ष्म जीव के डीएनए को जल्दी से अनुक्रमित करने से समस्या गंभीर सार्वजनिक स्वास्थ्य समस्या बनने से पहले प्रभावी दवाओं और टीकों की पहचान करने में मदद कर सकती है। कैंसर कोशिकाओं और ट्यूमर में जीन वेरिएंट को अनुक्रमित किया जा सकता है और व्यक्तिगत जीन थेरेपी विकसित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

• फोरेंसिक विज्ञान 1980 के दशक के उत्तरार्ध से, कानून प्रवर्तन को हजारों कठिन मामलों को सुलझाने में मदद करने के लिए आवेदनों का उपयोग किया गया है राष्ट्रीय न्याय संस्थान. अपराध स्थल के साक्ष्य में हड्डी, बाल या शरीर के ऊतकों से डीएनए के नमूने हो सकते हैं जिनकी तुलना किसी संदिग्ध व्यक्ति के डीएनए प्रोफाइल से की जा सकती है ताकि अपराध या निर्दोषता का निर्धारण किया जा सके। पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) अनुक्रमण से पहले ट्रेस साक्ष्य से डीएनए की प्रतियां बनाने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधि है।

• नई खोजी गई प्रजातियों का अनुक्रमण यह पहचानने में मदद कर सकता है कि कौन सी अन्य प्रजातियां सबसे निकट से संबंधित हैं और विकास के बारे में जानकारी प्रकट कर सकती हैं। जीवों को वर्गीकृत करने के लिए टैक्सोनोमिस्ट डीएनए "बारकोड" का उपयोग करते हैं। के अनुसार जॉर्जिया विश्वविद्यालय मई 2018 में, स्तनधारियों की अनुमानित 303 प्रजातियों की खोज की जानी बाकी है।

• रोगों के लिए आनुवंशिक परीक्षण उत्परिवर्तित जीन वेरिएंट की तलाश करें। अधिकांश एकल न्यूक्लियोटाइड बहुरूपता (एसएनपी) हैं, जिसका अर्थ है कि अनुक्रम में केवल एक न्यूक्लियोटाइड "सामान्य" संस्करण से बदला जाता है। पर्यावरणीय कारक और जीवनशैली प्रभावित करती है कि कैसे और अगर कुछ जीन व्यक्त किए जाते हैं। वैश्विक कंपनियां मल्टीजीन इंटरैक्शन और संपूर्ण-जीनोम अनुक्रमण में रुचि रखने वाले दुनिया भर के शोधकर्ताओं के लिए अत्याधुनिक नई पीढ़ी की अनुक्रमण तकनीकें उपलब्ध कराती हैं।

• वंशावली डीएनए किट किसी व्यक्ति के जीन में भिन्नता की जांच के लिए अपने डेटाबेस में डीएनए अनुक्रमों का उपयोग करें। किट के लिए लार के नमूने या चीक स्वैब की आवश्यकता होती है जिसे विश्लेषण के लिए एक व्यावसायिक प्रयोगशाला में भेजा जाता है। पूर्वजों की जानकारी के अलावा, कुछ किट एकल न्यूक्लियोटाइड बहुरूपता (एसएनपी) या अन्य की पहचान कर सकते हैं बीआरसीए1 और बीआरसीए2 जीन जैसे जाने-माने अनुवांशिक रूप जो महिला स्तनों के लिए उच्च जोखिम से जुड़े हैं और अंडाशयी कैंसर।

नई प्रौद्योगिकियां अक्सर सामाजिक लाभ, साथ ही नुकसान की संभावना के साथ आती हैं; उदाहरणों में खराब परमाणु ऊर्जा संयंत्र और सामूहिक विनाश के परमाणु हथियार शामिल हैं। डीएनए प्रौद्योगिकियां भी जोखिम के साथ आती हैं।

डीएनए अनुक्रमण और CRISPR जैसे जीन-संपादन टूल के बारे में भावनात्मक चिंताओं में यह भय शामिल है कि प्रौद्योगिकी मानव क्लोनिंग की सुविधा प्रदान कर सकती है, या एक दुष्ट द्वारा बनाए गए उत्परिवर्ती ट्रांसजेनिक जानवरों को जन्म दे सकती है वैज्ञानिक।

अधिक बार, डीएनए अनुक्रमण से संबंधित नैतिक मुद्दों का संबंध सूचित सहमति से होता है। सीधे-से-उपभोक्ता डीएनए परीक्षण तक आसान पहुंच का मतलब है कि उपभोक्ता पूरी तरह से यह नहीं समझ सकते हैं कि उनकी आनुवंशिक जानकारी का उपयोग, भंडारण और साझा कैसे किया जाएगा। हो सकता है कि सामान्य लोग अपने दोषपूर्ण जीन वेरिएंट और स्वास्थ्य जोखिमों के बारे में जानने के लिए भावनात्मक रूप से तैयार न हों।

नियोक्ता और बीमा कंपनियां जैसे तीसरे पक्ष संभावित रूप से उन व्यक्तियों के खिलाफ भेदभाव कर सकते हैं जो दोषपूर्ण जीन रखते हैं जो गंभीर चिकित्सा समस्याओं को जन्म दे सकते हैं।